Определение основных параметров гидроцилиндра

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Машиностроительный факультет

Кафедра «Теория механизмов и машин»

 

 

 

ГИДРОПРИВОД ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ СТАНКА

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

 

 

   Исполнитель: 

 

Руководитель: 

 

 

 

 

 

Минск 2015

Оглавление

 

 

 

Введение

Гидропривод – это комплекс устройств с одним или несколькими гидродвигателями, предназначенный для приведения в движение механизмов посредствам подачи рабочей жидкости под давлением.

Основные направления развития гидропривода заключаются в улучшении энергетических и эксплуатационных характеристик гидрооборудования, повышении его быстродействия, применении следящего и пропорционального дистанционного управления, обеспечении связи современных электронных систем управления, обеспечении связи современных электронных систем с устройствами гидроприводов.

Гидроприводы широко применяются в современном станкостроении. Они позволяют существенно упростить кинематику станков, снизить их металлоемкость, повысить точность и надежность работы, а также уровень автоматизации.

Гидравлические приводы обеспечивают плавность движения и широкие диапазоны бесступенчатого регулирования скорости исполнительных двигателей, возможность их работы в динамических режимах при частых включениях, остановках, реверсах движения или изменения скорости. При этом качество переходных процессов может контролироваться и изменяться в нужном направлении.

Гидропривод позволяет надежно защитить систему от перегрузок и обеспечивает возможность механизмам работать по жестким упорам, с точным контролем действующих усилий путем регулирования давления. В современных станках с высокой степенью автоматизации цикла гидропривод может обеспечивать до нескольких десятков различных движений. Использование гидропривода открывает широкие возможности для автоматизации рабочих процессов, применения копировальных, адаптивных или программных систем управления.

К преимуществам гидроприводов следует отнести также достаточно высокое значение КПД, повышенную жесткость, самосмазываемость. Однако надежная работа станочных гидроприводов может быть гарантирована только при надлежащей фильтрации рабочей жидкости и ее охлаждении для исключения влияния температурных колебаний в процессе работы, а это повышает стоимость гидроприводов и усложняет их техническое обслуживание.

При конструировании гидроприводов из унифицированных централизовано выпускаемых изделий и правильной эксплуатации их недостатки могут быть сведены к минимуму.

 

 

 

 

1. Определение основных параметров гидроцилиндра

Составление расчетной схемы гидродвигателя.

Для расчета гидравлической системы привода необходимо определить возможную наибольшую нагрузку, которую должен преодолеть гидродвигатель. Для  этого необходимо составить расчетную схему и приложить все действующие нагрузки на рабочий орган, т.е. силы резания (для режима рабочего хода), силы трения и инерции (для режима разгона и торможения).

Составляется расчетная схема исполнительного гидравлического двигателя с его условным изображением. Указываются действующие нагрузки, направление движений для различных элементов цикла (рабочих, быстрых, холостых перемещений и т.д.) и обозначаются давления и расходы линий напора и слива.

Расчетная нагрузка, действующая на гидродвигатель, определяется как приведенная сила к штоку гидроцилиндра и равна сумме всех приведенных нагрузок, действующих на рабочий орган станка при соответствующем режиме работы.

Требуемое тяговое усилие, развиваемое исполнительным гидродвигателем, рассчитывается как тяговая сила на штоке гидроцилиндра и равна сумме приведенных нагрузок, действующих на подвижную часть гидродвигателя. Этими нагрузками являются силы давления и противодавления в напорной и сливных полостях, силы трения в самом гидродвигателе и инерционные нагрузки движущихся масс элементов исполнительного гидродвигателя и рабочей жидкости.

Условием выбора гидродвигателя по силовым параметрам является:

.

При этом требуемое давление в системе рассчитывается для рабочего хода при действии максимальных полезных нагрузок, а требуемый максимальный расход определяется по максимальной скорости рабочего хода или по максимальной скорости перемещений холостого хода в зависимости от режима работы.

Составление расчетной схемы гидроцилиндра.

На рисунке 1 представлена расчетная схема тягового усилия , равного расчетной нагрузке , гидроцилиндра с односторонним штоком главного гидропривода с односторонним штоком главного гидропривода станка с возвратно-поступательным движением, при этом

.

Рисунок 1 – Расчетная схема тягового усилия и расчетной нагрузки гидроцилиндра с односторонним штоком привода подач станка с возвратно-поступательным движением

На рабочий орган станка действуют поперечная и продольная составляющие усилия резания (при режиме рабочего хода), равнодействующая реактивных сил направляющих станка, сила тяжести подвижной части, суммарная сила трения в направляющих, суммарная сила инерции движущихся масс (при режиме разгона-торможения) и развиваемое гидроцилиндром тяговое усилие , равное или большее и противоположно направленное расчетной нагрузке .

На поршень и шток гидроцилиндра действуют силы давления и противодавления  в полостях напора и слива, сила трения поршня в корпусе цилиндра, сила трения штока в уплотнении и расчетная нагрузка на штоке .

Рабочий орган станка в начале цикла перемещается в режиме разгона с ускорением , затем в режиме рабочего хода с осуществлением процесса резания со скоростью , а обратное движение происходит в режиме холостого хода со скоростью , при этом совершается .

В зависимости от режима работы расчетное тяговое усилие и расчетная нагрузка будут иметь выражения:

а) для рабочего хода

где - расчетная нагрузка рабочего хода;

;

- коэффициент трения;

- масса подвижной части  рабочего органа;

б) для неустановившегося режима разгона

где - расчетная нагрузка режима разгона;

;

;

- ускорение рабочего органа;

- масса подвижной части  рабочего органа;

в) для холостого хода

где - расчетная нагрузка холостого хода;

.

Расчет параметров одноштокового гидроцилиндра.

Если исполнительным двигателем является одноштоковый цилиндр, то рабочие площади полостей напора и слива не равны (рисунок 2) и расчетная нагрузка на штоке определяется по выражению

,

где - полезный перепад давления в гидроцилиндре: .

Рисунок 2 – Расчетная схема параметров гидроцилиндра с односторонним штоком.

 

Рабочая площадь поршня полости нагнетания определяется по формуле:

.

где - полезный перепад давления в гидроцилиндре, может приниматься при проектных расчетах МПа.

Тогда мм2.

При рабочем ходе бесштоковая полость цилиндра является полостью напора и , поэтому диаметр поршня определяется по формуле

мм,

а диаметр штока для обычных цилиндров мм.

Полученные значения диаметров округляются до стандартных значений

мм, мм.

Определим полезный перепад давления в гидроцилиндре

 МПа,.

2. Определение расходов.

Принципы расчета расходов рабочей жидкости в гидролиниях.

Расходы рабочей жидкости в гидролиниях определяются для различных режимов работы привода  и рассчитываются при быстрых холостых перемещениях и при рабочих перемещениях для линий нагнетания и слива.

Максимальные расходы при быстрых холостых перемещениях определяются для того, чтобы обеспечить требуемые скорости быстрых перемещений, рассчитать диаметры трубопроводов и подобрать гидроаппаратуру с соответствующей пропускной способностью (дроссели, гидрораспределители, гидроклапаны и т.д.) для линий напора и слива. Расходы для рабочих перемещений при действии рабочей нагрузки определяются для того, чтобы обеспечить требуемые рабочие скорости движения, подобрать гидроаппаратуру регулирования этих скоростей (дроссели, регуляторы расхода) и рассчитать потери давления в трубопроводах.

 

Расчет расходов для силовых цилиндров возвратно-поступательного движения.

Исходной формулой для расчета расхода рабочей жидкости в полости силового гидроцилилидра возвратно-поступательного движения является

,

где - расход рабочей жидкости в полости цилиндра, л/мин; - рабочая площадь в полости цилиндра, мм2; - скорость движения поршня силового цилиндра, м/мин.

Максимальные расходы жидкости для быстрых перемещений (быстрых подводов при прямом ходе (рис. 1 а, б), быстрых отводов при обратном ходе (рис. 1 д, е)) для полостей напора и слива определяются по формулам

 и ,

где - максимальный расход рабочей жидкости в напорной полости цилиндра, л/мин; - максимальный расход рабочей жидкости в сливной полости цилиндра, л/мин; и - рабочие площади в напорной и сливной полостях цилиндра, мм2; - скорость быстрого перемещения поршня силового цилиндра, м/мин. 

а б в

Рисунок 1 – Расчетные схемы определения расходов рабочей жидкости гидроприводов с односторонним штоком при быстром перемещении (а), рабочей подаче (б), и быстром отводе (в).

 

Рабочие площади полостей напора и слива при прямом ходе:

мм2

 мм2;

и при обратном ходе

мм2

 мм2.

- для быстрых перемещений  вперед

л/мин;

л/мин;

- для быстрых перемещений  назад при одинаковой скорости  расходы поменяются местами:

л/мин;

л/мин;

Расходы  жидкости  для  рабочих перемещений при действии рабочей нагрузки (рис.3.1, б) для полостей напора и слива определяются по формулам

 и ,

где - рабочий расход жидкости в напорной полости цилиндра, л/мин; - рабочий расход жидкости в сливной полости цилиндра, л/мин; - скорость рабочего перемещения поршня силового цилиндра, м/мин; и - рабочие площади в напорной и сливной полостях цилиндра при рабочем ходе, мм2.

- для рабочей подачи:

л/мин;

л/мин.

 

3. Описание принципиальной схемы гидравлической схемы привода.

Разработанная гидравлическая схема обеспечивает одну ступень рабочей подачи и быстрые перемещения гидроцилиндра «вперед» и «назад». Выдвижение и втягивание штока осуществляется распределителем Р1 с электромагнитным управлением, который, ко всему прочему, обеспечивает остановку в любой момент времени.

При быстром подводе распределитель Р1 и Р2 находятся в левом положении. Поток жидкости направляется через дроссель ДР1, затем по сливной линии беспрепятственно  проходит через дроссель с обратным клапаном ДР2 и попадает в бак.

При включении рабочей подачи, распределитель Р1 находится в левом положении, а Р2 в правом, таким образом поток жидкости регулируется регулятором расхода РР.

При быстром отводе распределитель Р1 установлен в правом положении, что позволяет потому жидкости пройдя через дроссель с обратным клапаном ДР2, наиболее быстрым способом оказаться в баке, при этом выполним свою функцию «втягивания штока».

Так же в системе присутствует клапан давления, который служит для поддержания разности давления в потоках.

4. Выбор насоса.

Выбранный насос должен иметь подачу не меньше наибольшей суммарной подачи и развивать давление, большее, чем то значение, на которое настраивается предохранительный клапан, т.е. и , где - давление на выходе из насоса; - давление настройки предохранительного клапана.

 

Выбор типа рабочей жидкости для гидросистемы.

Выбирается тип рабочей жидкости согласно с рекомендуемыми  
для применения в станочных приводах марками минеральных масел  
с соответствующей кинематической вязкостью.  
         При выборе типа рабочей жидкости необходимо иметь в виду, что  
раньше в гидроприводах применялись различные минеральные масла,  
не содержащие присадок, снижающих скорость их окисления и изнашивание трущихся поверхностей. В гидросистемах современного технологического оборудования применяются масла с комплексом присадок,  
обеспечивающих надежную эксплуатацию гидравлического оборудования гидросистемы и достаточно длительный срок службы самих жидкостей. К таким видам рабочих жидкостей относятся: масла индустриальные гидравлические ИГЛ-18, ИГП-30, ИГП-38 по ТУ38101413-78; гидравлические ВНИИ НП-403 ГОСТ16728-78. Применение в качестве рабочих жидкостей масел типов И-20А, И-40А по ГОСТ 20799-75 допускается для неответственных гидросистем с низким уровнем рабочего  
давления.  
Выбираем рабочую жидкость - И-20А. Его характеристики: вязкость 202/с, плотность ρ=900 кг/м3.